ES2872008T3 - Lithium-ion battery with improved thermal stability - Google Patents

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Abstract

Un método para formar un cátodo que comprende: (a) mezclar un óxido de metal de litio y un fosfato de metal de litio en un disolvente, en el que el fosfato de metal de litio tiene una fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros que es de 5 a 100%, basado en el contenido total del fosfato de metal de litio; y donde el fosfato de metal de litio tiene la fórmula: Li1+aMnbFecM1-b-cPO4, Fórmula (I) donde: a es un número de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0 a 0,12; b es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8; c es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8; y (1­b-c) es de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0,0 a 0,12, donde M es un ion metálico seleccionado de uno o más de magnesio, calcio, estroncio, cobalto, titanio, circonio, molibdeno, vanadio, niobio, níquel, escandio, cromo, cobre, zinc, berilio, lantano y aluminio, y el óxido de metal de litio tiene la siguiente fórmula: LiXNiyMnzCo(2-x-y-z)DwO2, Fórmula (III), o LiXNiyMnzCo(2-x-y-z) O2 donde: x es un número de 0,9 a 1,15, y preferiblemente de 0,95 a 0,110, y más preferiblemente de 0,98 a 1,08; y es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,2 a 0,95, y más preferiblemente de 0,3 a 0,95; z es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,05 a 0,7; (2­x-y-z) es de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,5 a 0,7, y w es de 0 a 0,4, y preferiblemente de 0 a 0,3, y donde D, cuando está presente, se selecciona del grupo que consiste en B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga y W, y se selecciona preferiblemente del grupo que consiste en Al, Ti, Mg y Nb (b) recubrir la mezcla del paso (a) sobre una hoja de metal; y (c) eliminar el disolvente para formar el cátodo en el que un D50 del fosfato de metal de litio es igual o inferior a 3,5 micrómetros.A method of forming a cathode comprising: (a) mixing a lithium metal oxide and a lithium metal phosphate in a solvent, wherein the lithium metal phosphate has a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns which is 5 to 100%, based on the total content of the lithium metal phosphate; and where the lithium metal phosphate has the formula: Li1+aMnbFecM1-b-cPO4, Formula (I) where: a is a number from 0.0 to 0.2, and preferably from 0.0 to 0.15, and more preferably from 0 to 0.12; b is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8; c is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8; and (1bc) is from 0.0 to 0.2, and preferably from 0.0 to 0.15, and more preferably from 0.0 to 0.12, where M is a metal ion selected from one or more of magnesium, calcium, strontium, cobalt, titanium, zirconium, molybdenum, vanadium, niobium, nickel, scandium, chromium, copper, zinc, beryllium, lanthanum, and aluminum, and lithium metal oxide has the following formula: LiXNiyMnzCo(2- xyz)DwO2, Formula (III), or LiXNiyMnzCo(2-xyz) O2 where: x is a number from 0.9 to 1.15, and preferably from 0.95 to 0.110, and more preferably from 0.98 to 1 .08; y is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.2 to 0.95, and more preferably from 0.3 to 0.95; z is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.05 to 0.8, and more preferably from 0.05 to 0.7; (2xyz) is from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.05 to 0.8, and more preferably from 0.5 to 0.7, and w is from 0 to 0.4, and preferably from 0 to 0.3, and where D, when present, is selected from the group consisting of B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga and W, and is preferably selected from group consisting of Al, Ti, Mg and Nb (b) coating the mixture from step (a) on a metal foil; and (c) removing the solvent to form the cathode in which a D50 of the lithium metal phosphate is equal to or less than 3.5 microns.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Batería de iones de litio con estabilidad térmica mejoradaLithium-ion battery with improved thermal stability

Campo de la invenciónField of the invention

La invención se refiere a un método para fabricar baterías de iones de litio (LIB) y cátodos mejorados para fabricar LIB. En particular, la invención se refiere a baterías de iones de litio compuestas de materiales de cátodo de óxido de metal de litio en los que se pueden lograr características mejoradas de la batería tales como mayor ciclo de vida, seguridad y capacidad de velocidad.The invention relates to a method for making lithium ion batteries (LIB) and improved cathodes for making LIB. In particular, the invention relates to lithium ion batteries composed of lithium metal oxide cathode materials in which improved battery characteristics such as increased cycle life, safety and speed capacity can be achieved.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Las baterías de iones de litio se han utilizado durante las últimas dos décadas en equipos electrónicos portátiles y, más recientemente, en vehículos híbridos o eléctricos. Inicialmente, las baterías de iones de litio empleaban primero cátodos de óxido de cobalto y litio. Debido a los gastos, los problemas toxicológicos y la capacidad energética limitada, se han desarrollado o se están desarrollando otros materiales de cátodos.Lithium-ion batteries have been used for the past two decades in portable electronic equipment and, more recently, in hybrid or electric vehicles. Initially, lithium-ion batteries first used lithium cobalt oxide cathodes. Due to expense, toxicological problems, and limited energy capacity, other cathode materials have been or are being developed.

Una clase de materiales que se ha desarrollado y se ha empleado comercialmente son los óxidos de metal de litio compuestos por dos o más de níquel, manganeso y cobalto. Estos materiales generalmente muestran una estructura en capas con una fase romboédrica singular en la que se han logrado altas capacidades de carga específicas iniciales (~170 mAh/g) cuando se cargan a voltajes de aproximadamente 4,2 voltios frente a Li/Li+. Desafortunadamente, estos materiales han sufrido un ciclo de vida corto y problemas de seguridad relacionados con la evolución de oxígeno en ciertas condiciones que han dado lugar a incendios.One class of materials that has been developed and used commercially are lithium metal oxides composed of two or more of nickel, manganese, and cobalt. These materials generally show a layered structure with a singular rhombohedral phase in which high initial specific charge capacities (~ 170 mAh / g) have been achieved when charged at voltages of approximately 4.2 volts versus Li / Li +. Unfortunately, these materials have suffered from a short life cycle and safety issues related to the evolution of oxygen under certain conditions that have led to fires.

Li/Li+ representa el potencial redox del electrodo de referencia de litio, que se define como 0 voltios por convención. En consecuencia, cuando se usa un ánodo que no sea de metal Li, estos voltajes se reducirían para tener en cuenta la diferencia de potencial entre este otro ánodo y el metal Li. De manera ilustrativa, un ánodo de grafito completamente cargado tiene un potencial de aproximadamente 0,1 V frente a Li/Li+. Por lo tanto, al cargar el cátodo en una batería con un ánodo de grafito a 4,25 V frente a Li/Li+, el voltaje de la celda será de aproximadamente 4,15 V.Li / Li + represents the redox potential of the lithium reference electrode, which is defined as 0 volts by convention. Consequently, when using an anode other than Li metal, these voltages would be lowered to account for the potential difference between this other anode and the Li metal. Illustratively, a fully charged graphite anode has a potential of approximately 0.1 V versus Li / Li +. Therefore, when charging the cathode in a battery with a graphite anode at 4.25 V vs. Li / Li +, the cell voltage will be about 4.15 V.

El ciclo de vida generalmente se toma como el número de ciclos (carga-descarga) antes de alcanzar una capacidad específica que es el 80% de la capacidad específica inicial. Cada ciclo para estos materiales está típicamente entre los 4,2 voltios y 2 voltios antes mencionados. Estas baterías también han sufrido inconsistencias en el rendimiento de una batería o celda a otra, a pesar de estar hechas de los mismos materiales.The life cycle is generally taken as the number of cycles (charge-discharge) before reaching a specific capacity that is 80% of the initial specific capacity. Each cycle for these materials is typically between the 4.2 volts and 2 volts mentioned above. These batteries have also suffered inconsistencies in performance from one battery or cell to another, despite being made from the same materials.

Para resolver algunos de los problemas, la técnica ha descrito numerosos recubrimientos, dopantes así como mezclas de otros materiales de cátodos más estables tales como fosfato de hierro y litio. Los ejemplos incluyen los descritos en las publicaciones de patentes de EE. UU. n.° 2004/0005265; 2004/0096743; 2006/0194112; y 2009/0305132; solicitudes de patente WO n.° 2008/088180; 2008/091074; 2009/057834; y 2013/016426 y la patente japonesa n.° 9035715A1. Desafortunadamente, aunque estos pueden haber mejorado la seguridad de los LIB que contienen los materiales del cátodo compuestos de óxidos de metal de litio que contienen níquel, manganeso, cobalto o una combinación de los mismos, el ciclo de vida, la capacidad de la batería o la capacidad a altas velocidades de descarga no mejoraron.To solve some of the problems, the art has described numerous coatings, dopants as well as mixtures of other more stable cathode materials such as lithium iron phosphate. Examples include those described in US Patent Publication Nos. 2004/0005265; 2004/0096743; 2006/0194112; and 2009/0305132; WO Patent Applications No. 2008/088180; 2008/091074; 2009/057834; and 2013/016426 and Japanese Patent No. 9035715A1. Unfortunately, although these may have improved the safety of LIBs contained in cathode materials composed of lithium metal oxides containing nickel, manganese, cobalt, or a combination thereof, the life cycle, battery capacity or capacity at high download speeds did not improve.

En consecuencia, sería deseable proporcionar un método para formar LIB que tengan cátodos compuestos de óxidos de metal de litio de níquel, manganeso, cobalto o combinaciones de los mismos que dé como resultado un rendimiento más consistente, un ciclo de vida mejorado y una mayor retención de la capacidad de energía a velocidades de carga/ descarga más rápidas al mismo tiempo que mejora la seguridad de dichos LIB.Consequently, it would be desirable to provide a method of forming LIBs having cathodes composed of lithium metal oxides of nickel, manganese, cobalt, or combinations thereof that results in more consistent performance, improved life cycle, and increased retention. of power capacity at faster upload / download speeds while enhancing the security of such LIBs.

Compendio de la invenciónCompendium of the invention

Los aspectos de la invención se basan en el sorprendente descubrimiento de que los materiales de cátodo, y por lo tanto, LIBS, que tienen una estabilidad térmica mejorada pueden producirse a partir de un material de cátodo que se compone de una mezcla de un óxido de metal de litio y un fosfato de metal de litio en el que el fosfato del metal de litio comprende una fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros (pm) que es de 5 a 100%, basado en el contenido total de fosfato de metal de litio. Más específicamente, los inventores han descubierto que los cátodos que comprenden fosfatos de metal de litio que tienen los intervalos de partículas secundarias enumerados ayudan a proporcionar materiales de cátodo que son capaces de pasar la prueba de penetración de clavo sin generar humo o llamas.Aspects of the invention are based on the surprising discovery that cathode materials, and therefore LIBS, having improved thermal stability can be produced from a cathode material that is composed of a mixture of an oxide of lithium metal and a lithium metal phosphate in which the lithium metal phosphate comprises a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns (pm) that is 5 to 100%, based in the total content of lithium metal phosphate. More specifically, the inventors have discovered that cathodes comprising lithium metal phosphates having the listed secondary particle ranges help provide cathode materials that are capable of passing the nail penetration test without generating smoke or flames.

Óxidos de metal de litio de transición, como óxido de litio-níquel-manganeso-cobalto (LNMCO) con una fórmula de LixNiyMnzCo1-y-zO2 donde x = 0,9-1, 1, y=0,05<y<0,95, y z=0,05-0,95, son cada vez más atractivos para su uso en aplicaciones de almacenamiento de energía, como las aplicaciones LIB para vehículos eléctricos. LNMCO generalmente tiene mayor capacidad y mayor densidad de prensa que el óxido de manganeso de litio tipo espinela (LiMn2O4) y fosfato de metal de transición de litio de tipo olivino (LiMPO4). En consecuencia, se cree que el LNMCO puede proporcionar una capacidad comparable al óxido de litio y cobalto (LiCoO2), además de ser más respetuoso con el ambiente y también proporcionar una mejor rentabilidad. Sin embargo, la estabilidad térmica de LNMCO y otros óxidos de metal de litio presentan desafíos para el uso de estos materiales en LIB.Transitional lithium metal oxides, such as lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (LNMCO) with a formula of LixNiyMnzCo 1 -y-zO 2 where x = 0.9-1.1, y = 0.05 <y <0.95, and z = 0.05-0.95, are becoming increasingly attractive for use in energy storage applications, such as LIB applications for electric vehicles. LNMCO generally has higher capacity and higher press density than spinel-type lithium manganese oxide (LiMn2O4) and olivine-type lithium transition metal phosphate (LiMPO4). Consequently, it is believed that LNMCO can provide comparable capacity to lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), as well as being more environmentally friendly and also providing better cost effectiveness. However, the thermal stability of LNMCO and other Lithium metal oxides present challenges for the use of these materials in LIB.

En un aspecto, las realizaciones de la presente invención proporcionan un método para formar un cátodo que comprende las etapas de (a) mezclar un óxido de metal de litio y un fosfato de metal de litio en un disolvente, en el que el fosfato de metal de litio comprende una fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 pm que es de 5 a 100%, basado en el contenido total de fosfato de metal de litio;In one aspect, embodiments of the present invention provide a method of forming a cathode comprising the steps of (a) mixing a lithium metal oxide and a lithium metal phosphate in a solvent, wherein the metal phosphate lithium comprises a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 pm that is 5 to 100%, based on the total content of lithium metal phosphate;

y donde el fosfato de metal de litio tiene la fórmula:and where lithium metal phosphate has the formula:

Li1+aMnbFecM1-b-cPÜ4, Fórmula (I)Li1 + aMnbFecM1-b-cPÜ4, Formula (I)

donde:where:

a es un número de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0 a 0,12;a is a number from 0.0 to 0.2, and preferably from 0.0 to 0.15, and more preferably from 0 to 0.12;

b es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8;b is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8;

c es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8; yc is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8; and

(1-b-c) es de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0,0 a 0,12,(1-b-c) is 0.0 to 0.2, and preferably 0.0 to 0.15, and more preferably 0.0 to 0.12,

donde M es un ion metálico seleccionado de uno o más de magnesio, calcio, estroncio, cobalto, titanio, circonio, molibdeno, vanadio, niobio, níquel, escandio, cromo, cobre, zinc, berilio, lantano y aluminio, y el óxido de metal de litio tiene la siguiente fórmula:where M is a metal ion selected from one or more of magnesium, calcium, strontium, cobalt, titanium, zirconium, molybdenum, vanadium, niobium, nickel, scandium, chromium, copper, zinc, beryllium, lanthanum and aluminum, and the oxide of lithium metal has the following formula:

LixNiyMnzCo(2-x-y-z)DwO2 , Fórmula (III),LixNiyMnzCo ( 2 -xyz) DwO 2 , Formula (III),

oor

LixNiyMnzCo(2-x-y-z) O2 ,LixNiyMnzCo ( 2 -xyz) O 2 ,

donde:where:

x es un número de 0,9 a 1,15, y preferiblemente de 0,95 a 0,110, y más preferiblemente de 0,98 a 1,08;x is a number from 0.9 to 1.15, and preferably from 0.95 to 0.110, and more preferably from 0.98 to 1.08;

y es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,2 a 0,95, y más preferiblemente de 0,3 a 0,95;y is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.2 to 0.95, and more preferably from 0.3 to 0.95;

z es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,05 a 0,7;z is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.05 to 0.8, and more preferably from 0.05 to 0.7;

(2-x-y-z) es de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,5 a 0,7, y(2-x-y-z) is 0.05 to 0.95, and preferably 0.05 to 0.8, and more preferably 0.5 to 0.7, and

w es de 0 a 0,4, y preferiblemente de 0 a 0,3, y donde D, cuando está presente, se selecciona del grupo que consiste en B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga y W, y se selecciona preferiblemente del grupo que consiste en Al, Ti, Mg y Nb (b) recubrir la mezcla del paso (a) sobre una hoja de metal; y (c) eliminar el disolvente para formar el cátodo, en el que un D50 del fosfato de metal de litio es igual o inferior a 3,5 micrómetros.w is 0 to 0.4, and preferably 0 to 0.3, and where D, when present, is selected from the group consisting of B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga and W, and is preferably selected from the group consisting of Al, Ti, Mg and Nb (b) coating the mixture of step (a) on a metal foil; and (c) removing the solvent to form the cathode, wherein a D50 of the lithium metal phosphate is equal to or less than 3.5 microns.

El método también puede incluir una o más de las etapas de depositar el material del cátodo sobre un sustrato conductor, tal como una hoja de metal; presionar el material del cátodo y formar el cátodo en un dispositivo de almacenamiento de energía, como una batería de iones de litio.The method can also include one or more of the steps of depositing the cathode material on a conductive substrate, such as a metal foil; pressing the cathode material and forming the cathode into an energy storage device, such as a lithium ion battery.

Un aspecto adicional de la invención se refiere al material del cátodo que comprende un óxido de metal de litio y fosfato de metal de litio en un disolvente, en el que el fosfato de metal de litio tiene una fracción en volumen de partículas que tienen un tamaño de 0,1 a 3 pm que es de 5 a 100%, en el que un D50 del fosfato de metal de litio es igual o inferior a 3,5 micrómetrosA further aspect of the invention relates to the cathode material comprising a lithium metal oxide and lithium metal phosphate in a solvent, wherein the lithium metal phosphate has a volume fraction of particles having a size 0.1 to 3 pm which is 5 to 100%, wherein a D50 of lithium metal phosphate is equal to or less than 3.5 microns

y donde el fosfato de metal de litio tiene la fórmula:and where lithium metal phosphate has the formula:

Li1+aMnbFecM1-b-c,PO4, Fórmula (I)Li1 + aMnbFecM1-b-c, PO4, Formula (I)

donde:where:

a es un número de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0 a 0,12;a is a number from 0.0 to 0.2, and preferably from 0.0 to 0.15, and more preferably from 0 to 0.12;

b es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8;b is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8;

c es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8; yc is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8; and

(1-b-c) es de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0,0 a 0,12,(1-b-c) is 0.0 to 0.2, and preferably 0.0 to 0.15, and more preferably 0.0 to 0.12,

donde M es un ion metálico seleccionado de uno o más de magnesio, calcio, estroncio, cobalto, titanio, circonio, molibdeno, vanadio, niobio, níquel, escandio, cromo, cobre, zinc, berilio, lantano y aluminio, y el óxido de metal de litio tiene la siguiente fórmula:where M is a metal ion selected from one or more of magnesium, calcium, strontium, cobalt, titanium, zirconium, Molybdenum, vanadium, niobium, nickel, scandium, chromium, copper, zinc, beryllium, lanthanum, and aluminum, and lithium metal oxide has the following formula:

LiXNiyMnzCo(2-x-y-z)DwO2 , Fórmula (NI),LiXNiyMnzCo ( 2 -xyz) DwO 2 , Formula (NI),

oor

LiXNiyM nzCo(2-x-y-z)O2,LiXNiyM nzCo (2-x-y-z) O2,

donde:where:

x es un número de 0,9 a 1,15, y preferiblemente de 0,95 a 0,110, y más preferiblemente de 0,98 a 1,08;x is a number from 0.9 to 1.15, and preferably from 0.95 to 0.110, and more preferably from 0.98 to 1.08;

y es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,2 a 0,95, y más preferiblemente de 0,3 a 0,95;y is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.2 to 0.95, and more preferably from 0.3 to 0.95;

z es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,05 a 0,7;z is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.05 to 0.8, and more preferably from 0.05 to 0.7;

(2-x-y-z) es de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,5 a 0,7, y(2-x-y-z) is 0.05 to 0.95, and preferably 0.05 to 0.8, and more preferably 0.5 to 0.7, and

w es de 0 a 0,4, y preferiblemente de 0 a 0,3, y donde D, cuando está presente, se selecciona del grupo que consiste en B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga y W, y se selecciona preferiblemente del grupo que consiste en Al, Ti, Mg y Nb. Como se señaló anteriormente, los inventores han descubierto realizaciones de la invención que proporcionan cátodos que tienen una estabilidad térmica y una seguridad mejoradas. En particular, los inventores también han descubierto que la estabilidad térmica de los cátodos que comprenden LNMCO se puede mejorar usando un fosfato de metal de litio que comprende una fracción de volumen de partículas que tienen un tamaño de 0,1 a 3 |um que es de 5 a 100%, basado en el contenido total de fosfato de metal de litio.w is 0 to 0.4, and preferably 0 to 0.3, and where D, when present, is selected from the group consisting of B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga and W, and is preferably selected from the group consisting of Al, Ti, Mg and Nb. As noted above, the inventors have discovered embodiments of the invention that provide cathodes that have improved thermal stability and safety. In particular, the inventors have also discovered that the thermal stability of cathodes comprising LNMCO can be improved by using a lithium metal phosphate comprising a volume fraction of particles having a size of 0.1 to 3 µm which is 5 to 100%, based on total lithium metal phosphate content.

En una realización, el fosfato de metal de litio puede comprender una fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 |um o menos es al menos 20%, y en particular, un fosfato de metal de litio que comprende una fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 |um es al menos el 50%. En algunas realizaciones, el fosfato de metal de litio puede comprender una distribución de partículas de D50 que es mayor que 0,1 |um e igual o menor que 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4 |um. Preferiblemente, el fosfato de metal de litio tiene un D50 que está entre 0,1 y 3,1 |um.In one embodiment, the lithium metal phosphate may comprise a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 µm or less is at least 20%, and in particular, a lithium metal phosphate that It comprises a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 µm is at least 50%. In some embodiments, the lithium metal phosphate may comprise a D50 particle distribution that is greater than 0.1 µm and equal to or less than 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2, 9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 | um. Preferably, the lithium metal phosphate has a D50 that is between 0.1 and 3.1 µm.

Según la invención, el fosfato de metal de litio tiene la fórmula Lh+aMnbFecM1-b-cPO4, en dondeAccording to the invention, lithium metal phosphate has the formula Lh + aMnbFecM1-b-cPO4, where

a es un número de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0 a 0,12;a is a number from 0.0 to 0.2, and preferably from 0.0 to 0.15, and more preferably from 0 to 0.12;

b es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8;b is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8;

c es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8; yc is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8; and

(1-b-c) es de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0,0 a 0,12, y donde M es un ion de metal seleccionado entre uno o más de magnesio, calcio, estroncio, cobalto, titanio, circonio, molibdeno, vanadio, niobio, níquel, escandio, cromo, cobre, zinc, berilio, lantano y aluminio.(1-bc) is 0.0 to 0.2, and preferably 0.0 to 0.15, and more preferably 0.0 to 0.12, and where M is a metal ion selected from one or plus magnesium, calcium, strontium, cobalt, titanium, zirconium, molybdenum, vanadium, niobium, nickel, scandium, chromium, copper, zinc, beryllium, lanthanum and aluminum.

En una realización, el óxido de metal de litio tiene la fórmula LixNiy MnzCo(2-x-y-z)DwO2 , en dondeIn one embodiment, the lithium metal oxide has the formula LixNiy MnzCo ( 2 -xyz) DwO 2 , where

x es un número de 0,9 a 1,15, y preferiblemente de 0,95 a 0,110, y más preferiblemente de 0,98 a 1,08;x is a number from 0.9 to 1.15, and preferably from 0.95 to 0.110, and more preferably from 0.98 to 1.08;

y es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,2 a 0,95, y más preferiblemente de 0,3 a 0,95;y is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.2 to 0.95, and more preferably from 0.3 to 0.95;

z es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,05 a 0,7;z is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.05 to 0.8, and more preferably from 0.05 to 0.7;

(2-x-y-z) es de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,5 a 0,7; y(2-x-y-z) is 0.05 to 0.95, and preferably 0.05 to 0.8, and more preferably 0.5 to 0.7; and

w es de 0 a 0,4, y preferiblemente de 0 a 0,3, y donde D se selecciona del grupo que consiste en B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga y W, y es preferiblemente seleccionados del grupo que consiste en Al, Ti, Mg y Nb.w is 0 to 0.4, and preferably 0 to 0.3, and where D is selected from the group consisting of B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga and W, and is preferably selected from the group consisting of Al, Ti, Mg and Nb.

En una realización, el óxido de metal de litio tiene la fórmula LixNiy MnzCo(2-x-y-z) O2 dondeIn one embodiment, the lithium metal oxide has the formula LixNiy MnzCo ( 2 -xyz) O 2 where

x es un número de 0,9 a 1,15, y preferiblemente de 0,95 a 0,110, y más preferiblemente de 0,98 a 1,08;x is a number from 0.9 to 1.15, and preferably from 0.95 to 0.110, and more preferably from 0.98 to 1.08;

y es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,2 a 0,95, y más preferiblemente de 0,3 a 0,95;y is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.2 to 0.95, and more preferably from 0.3 to 0.95;

z es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,05 a 0,7; yz is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.05 to 0.8, and more preferably from 0.05 to 0.7; and

(2-x-y-z) es de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,5 a 0,7.(2-x-y-z) is 0.05 to 0.95, and preferably 0.05 to 0.8, and more preferably 0.5 to 0.7.

Los aspectos de la invención también se refieren a una batería de iones de litio que comprende un cátodo de acuerdo con realizaciones de la invención.Aspects of the invention also relate to a lithium ion battery comprising a cathode according to with embodiments of the invention.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

Los inventores han descubierto ahora sorprendentemente que la estabilidad térmica y la seguridad de los materiales de cátodo que comprenden un óxido de metal de litio, como LNMCO, y un fosfato de metal de litio en el que el fosfato de metal de litio comprende una fracción en volumen de partículas que tienen un tamaño de 0,1 a 3 gm es decir, del 5 al 100%, basado en el contenido total de fosfato de metal de litio.The inventors have now surprisingly discovered that the thermal stability and safety of cathode materials comprising a lithium metal oxide, such as LNMCO, and a lithium metal phosphate in which the lithium metal phosphate comprises a fraction in volume of particles having a size of 0.1 to 3 gm that is, 5 to 100%, based on the total content of lithium metal phosphate.

Los fosfatos de metal de litio que pueden usarse en aspectos de la invención generalmente incluyen cualquiera que sea capaz de insertar y extraer litio. Los fosfatos de metal de litio adecuados incluyen, por ejemplo, los descritos en las patentes de EE. UU. n.° 5910382; 6514640; 5871866; 6632566; 7217474; 6528033; 6716372; 6749967, 6746799; 6811924; 6814764; 7029795; 7087346; 6855273; 7601318; 7338734; y 2010/0327223.Lithium metal phosphates that can be used in aspects of the invention generally include any that are capable of inserting and extracting lithium. Suitable lithium metal phosphates include, for example, those described in US Patent Nos. 5910382; 6514640; 5871866; 6632566; 7217474; 6528033; 6716372; 6749967, 6746799; 6811924; 6814764; 7029795; 7087346; 6855273; 7601318; 7338734; and 2010/0327223.

Un fosfato de metal de litio preferido es uno en el que la mayoría del metal es Mn, que tiene un potencial redox mayor, por ejemplo, que el hierro en el fosfato de hierro y litio. Se ha descubierto que el mayor potencial redox del Mn es útil para realizar un LIB con curvas de descarga suaves o uniformes cuando se mezcla con los óxidos de metal de litio. Según la invención el fosfato de metal de litio es aquel que tiene una fórmula empírica:A preferred lithium metal phosphate is one in which the majority of the metal is Mn, which has a higher redox potential, for example, than the iron in lithium iron phosphate. The higher redox potential of Mn has been found to be useful in making a LIB with smooth or uniform discharge curves when mixed with lithium metal oxides. According to the invention, lithium metal phosphate is one that has an empirical formula:

Li1+a MnbFecM1-b-cPO4, Fórmula (I)Li 1 + a MnbFecM1-b-cPO4, Formula (I)

dondewhere

a es un número de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0 a 0,12;a is a number from 0.0 to 0.2, and preferably from 0.0 to 0.15, and more preferably from 0 to 0.12;

b es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8;b is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8;

c es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8; yc is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8; and

(1-b-c) es de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0,0 a 0,12.(1-b-c) is 0.0 to 0.2, and preferably 0.0 to 0.15, and more preferably 0.0 to 0.12.

M es un ion metálico seleccionado entre uno o más de magnesio, calcio, estroncio, cobalto, titanio, circonio, molibdeno, vanadio, niobio, níquel, escandio, cromo, cobre, zinc, berilio, lantano y aluminio. En algunas realizaciones, al menos una porción del fosfato de metal de litio tiene una estructura de olivina. Se prefiere además que M sea magnesio, cobalto o una combinación de los mismos. Se ha descubierto que este material de fosfato en particular no solo mejora el ciclo de vida a pesar de que tiene una alta concentración de Mn, sino que tampoco afecta negativamente a los perfiles de descarga de voltaje de la batería como lo hacen los fosfatos de metal de litio con alto contenido de hierro. Los fosfatos de metal de litio adicionales pueden incluir aquellos que tienen una fórmula empírica:M is a metal ion selected from one or more of magnesium, calcium, strontium, cobalt, titanium, zirconium, molybdenum, vanadium, niobium, nickel, scandium, chromium, copper, zinc, beryllium, lanthanum, and aluminum. In some embodiments, at least a portion of the lithium metal phosphate has an olivine backbone. It is further preferred that M is magnesium, cobalt, or a combination thereof. This particular phosphate material has been found to not only improve life cycle even though it has a high Mn concentration, but it also does not negatively affect battery voltage discharge profiles as metal phosphates do. lithium with high iron content. Additional lithium metal phosphates may include those that have an empirical formula:

LiaMnbFecMdPO4: Fórmula (II),LiaMnbFecMdPO4: Formula (II),

dondewhere

a es un número de 0,85 a 1,15;a is a number from 0.85 to 1.15;

b es de 0,51 a 0,95;b is 0.51 to 0.95;

c es de 0,05 a 0,49;c is 0.05 to 0.49;

d es de 0,000 a 0,1;d is 0.000 to 0.1;

M es un ion de metal seleccionado entre uno o más de magnesio, calcio, estroncio, cobalto, titanio, circonio, molibdeno, vanadio, niobio, níquel, escandio, cromo, cobre, zinc, berilio, lantano y aluminio. En una realización, el fosfato de metal de litio puede ser uno que tenga una fórmula empírica LiaMnbFecMdPO4, en dondeM is a metal ion selected from one or more of magnesium, calcium, strontium, cobalt, titanium, zirconium, molybdenum, vanadium, niobium, nickel, scandium, chromium, copper, zinc, beryllium, lanthanum, and aluminum. In one embodiment, the lithium metal phosphate can be one having an empirical formula LiaMnbFecMdPO4, where

a es un número de 0,85 a 1,15;a is a number from 0.85 to 1.15;

b es de 0,65 a 0,95;b is 0.65 to 0.95;

c es de 0,049 a 0,349;c is 0.049 to 0.349;

d es de 0,001 a 0,1;d is 0.001 to 0.1;

2,75 < (a 2b 2c dV) < 3,10, donde V es la valencia de M, y M es un ion de metal seleccionado entre uno o más de magnesio, calcio, estroncio, cobalto, titanio, circonio, molibdeno, vanadio, niobio, níquel, escandio, cromo, cobre, zinc, berilio, lantano y aluminio, y además en el que al menos una parte del fosfato de metal de litio tiene una estructura de olivina.2.75 <(a 2b 2c dV) <3.10, where V is the valence of M, and M is a metal ion selected from one or more of magnesium, calcium, strontium, cobalt, titanium, zirconium, molybdenum, vanadium, niobium, nickel, scandium, chromium, copper, zinc, beryllium, lanthanum and aluminum, and furthermore in which at least a part of the lithium metal phosphate has an olivine structure.

Según la invención, el fosfato de metal de litio tiene una fracción de volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 gm a 3 micrómetros (gm) que es del 5 al 100% basado en el contenido total del fosfato de metal de litio. Preferiblemente, la fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 gm a 3 gm es del 10 al 90%, y más preferiblemente, del 15 al 80%, basado en el contenido total de fosfato de metal de litio.According to the invention, lithium metal phosphate has a volume fraction of secondary particles that have a size from 0.1 gm to 3 microns (gm) which is 5 to 100% based on the total content of the lithium metal phosphate. Preferably, the volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 gm to 3 gm is 10 to 90%, and more preferably 15 to 80%, based on the total content of lithium metal phosphate.

El fosfato de metal de litio tiene una fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 gm que es al menos 5%, basado en el contenido total del fosfato de metal de litio. Por ejemplo, el fosfato de metal de litio incluye preferiblemente una fracción en volumen de partículas secundarias que tiene un tamaño de 0,1 a 3 gm que es al menos 10%, al menos 15%, al menos 20%, al menos 22%, al menos 24%, al menos 26%, al menos 28%, al menos 30%, al menos 32%, al menos 34%, al menos 36%, al menos 38%, al menos 40%, al menos 42%, al menos 44%, al menos 46%, al menos 48% y al menos 50% basado en el contenido total del fosfato de metal de litio.Lithium metal phosphate has a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 gm that is at least 5%, based on the total content of the lithium metal phosphate. For example, lithium metal phosphate preferably includes a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 gm that is at least 10%, at least 15%, at least 20%, at least 22%. , at least 24%, at least 26%, at least 28%, at least 30%, at least 32%, at least 34%, at least 36%, at least 38%, at least 40%, at least 42% , at least 44%, at least 46%, at least 48% and at least 50% based on the total content of the lithium metal phosphate.

La fracción de volumen de partículas secundarias también se puede caracterizar en términos de la distribución de partículas de las partículas secundarias. Por ejemplo, en realizaciones de la presente invención, el fosfato de metal de litio generalmente tiene un tamaño de partícula secundaria medio (D50) de 0,1 micrómetros a 3,5 micrómetros. La distribución del tamaño de partículas viene dada por los tamaños de partículas D10, D50 y D90. D10 es el tamaño donde el 10% de las partículas son más pequeñas, D50 es el tamaño donde el 50% de las partículas son más pequeñas y D90 es el tamaño de las partículas donde el 90% de las partículas son más pequeñas en una distribución dada por número. El D10 normalmente es igual o menor que 0,1,0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 o 1,0 micrómetros. El D50 es de al menos 0,1 gm, y típicamente es al menos igual o menor que 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4 o 3,5 micrómetros. El D90 es típicamente igual o menor que 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 o 15 micrómetros.The volume fraction of secondary particles can also be characterized in terms of the particle distribution of the secondary particles. For example, in embodiments of the present invention, lithium metal phosphate generally has a mean secondary particle size (D50) of 0.1 microns to 3.5 microns. The particle size distribution is given by the D10, D50 and D90 particle sizes. D10 is the size where 10% of the particles are smallest, D50 is the size where 50% of the particles are smallest, and D90 is the size of the particles where 90% of the particles are smallest in a distribution. given by number. The D10 is typically equal to or less than 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, or 1.0 microns. The D50 is at least 0.1 gm, and typically is at least equal to or less than 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3, 2, 3.3, 3.4 or 3.5 microns. The D90 is typically equal to or less than 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, or 15 microns.

El término "partículas secundarias", como se usa en este documento, se refiere a partículas primarias a nanoescala que se han aglomerado para formar partículas más grandes que tienen un tamaño de aproximadamente 0,1 micrómetros o más. Por tanto, las partículas secundarias se refieren a aglomeraciones de partículas a nanoescala y, por tanto, excluye las partículas primarias que tienen un tamaño inferior a 0,1 gm.The term "secondary particles", as used herein, refers to nanoscale primary particles that have agglomerated to form larger particles that are about 0.1 microns or more in size. Thus, secondary particles refer to agglomerations of nanoscale particles and therefore exclude primary particles that are less than 0.1 gm in size.

El tamaño de partícula se puede medir con cualquier método apropiado conocido en la técnica. Por ejemplo, el tamaño de partícula se puede medir usando difracción láser.Particle size can be measured by any appropriate method known in the art. For example, particle size can be measured using laser diffraction.

En una realización, el fosfato de metal de litio puede comprender una mezcla de dos fosfatos de metal de litio diferentes en los que uno de los fosfatos de metal de litio puede no cumplir con los tamaños de partícula requeridos como se discutió. Por ejemplo, en una realización, el fosfato de metal de litio puede comprender una mezcla de dos o más fosfatos de metal de litio con al menos un primer fosfato de metal de litio que tiene una fracción de volumen de partículas que tienen un tamaño de 0,1 a 3 gm que es de 5 a 100%, y al menos un segundo fosfato de metal de litio que tiene una fracción de volumen de partículas que tienen un tamaño de 0,1 a 3 gm que es 0% o sustancialmente cercano al 0% siempre que la mezcla de fosfatos de metal de litio tenga una fracción de volumen de partículas secundarias que tengan un tamaño de 0,1 a 3 gm o menos que esté entre 5 y 100%. Preferiblemente, dicha mezcla de fosfatos de metal de litio tiene una fracción en volumen de partículas que tienen un tamaño de 0,1 a 3 gm que es al menos 10%, al menos 15%, al menos 20%, al menos 22%, al menos 24%, al menos 26%, al menos 28% o al menos 30% o más.In one embodiment, the lithium metal phosphate may comprise a mixture of two different lithium metal phosphates in which one of the lithium metal phosphates may not meet the required particle sizes as discussed. For example, in one embodiment, the lithium metal phosphate may comprise a mixture of two or more lithium metal phosphates with at least one first lithium metal phosphate having a volume fraction of particles having a size of 0 , 1 to 3 gm that is 5 to 100%, and at least one second lithium metal phosphate that has a volume fraction of particles having a size of 0.1 to 3 gm that is 0% or substantially close to 0% as long as the lithium metal phosphate mixture has a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 gm or less that is between 5 and 100%. Preferably, said lithium metal phosphate mixture has a volume fraction of particles having a size of 0.1 to 3 gm which is at least 10%, at least 15%, at least 20%, at least 22%, at least 24%, at least 26%, at least 28% or at least 30% or more.

El óxido de metal de litio puede ser cualquiera que sea capaz de insertar y extraer litio en un LIB como los conocidos en la técnica. Ejemplos de tales óxidos de metal de litio incluyen los descritos en las patentes de EE. UU. n.° 5858324; 6368749; 6964828; y las patentes de EP n.° 0782206; 1296391; 0813256; 1295851; 0849817; 0872450; y 0918041 y la patente JP n.° 11-307094. Los óxidos metálicos preferidos incluyen aquellos que tienen una estructura en capas del tipo Rm3, también denominados estructuras O3 que presentan una fase singular.The lithium metal oxide can be any that is capable of inserting and extracting lithium into a LIB as known in the art. Examples of such lithium metal oxides include those described in US Patent Nos. 5858324; 6368749; 6964828; and EP Patent Nos. 0782206; 1296391; 0813256; 1295851; 0849817; 0872450; and 0918041 and JP Patent No. 11-307094. Preferred metal oxides include those having a layered structure of the Rm3 type, also called O3 structures that have a singular phase.

Los óxidos de metal de litio adicionales que se pueden usar en realizaciones incluyen los descritos por la patente de EE. UU. n.° 6964828. Un óxido de metal de litio preferido puede tener la siguiente fórmula empírica.Additional lithium metal oxides that can be used in embodiments include those described by US Patent No. 6964828. A preferred lithium metal oxide may have the following empirical formula.

LixNiy MnzCo(2-x-y-z)DwO2 : Fórmula (III),LixNiy MnzCo ( 2 -xyz) DwO 2 : Formula (III),

dondewhere

x es un número de 0,9 a 1,15, y preferiblemente de 0,95 a 0,110, y más preferiblemente de 0,98 a 1,08;x is a number from 0.9 to 1.15, and preferably from 0.95 to 0.110, and more preferably from 0.98 to 1.08;

y es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,2 a 0,95, y más preferiblemente de 0,3 a 0,95;y is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.2 to 0.95, and more preferably from 0.3 to 0.95;

z es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,05 a 0,7;z is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.05 to 0.8, and more preferably from 0.05 to 0.7;

(2-x-y-z) es de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,5 a 0,7; y(2-x-y-z) is 0.05 to 0.95, and preferably 0.05 to 0.8, and more preferably 0.5 to 0.7; and

w es de 0 a 0,4 y preferiblemente de 0 a 0,3. D puede ser uno cualquiera o más de Al, Ti, Mg, Nb o cualquier otro metal adecuado para su uso como elemento de dopaje. En una realización, D se selecciona del grupo que consiste en B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga y W.w is 0 to 0.4 and preferably 0 to 0.3. D can be any one or more of Al, Ti, Mg, Nb, or any other metal suitable for use as a doping element. In one embodiment, D is selected from the group consisting of B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr, Cu, Zn, Ga, and W.

Un óxido de metal de litio preferido tiene las fórmulas empíricas LixNiy MnzCo(2-x-y-z) O2 , donde x, y, y z son iguales a los descritos anteriormente. A preferred lithium metal oxide has the empirical formulas LixNiy MnzCo ( 2 -xyz) O 2 , where x, y, and z are the same as described above.

Los óxidos de metal de litio deseables también pueden incluir los que tienen la siguiente fórmula. Desirable lithium metal oxides can also include those of the following formula.

LixCoyMnz(D)wNii-(y+z+d)O2 : Fórmula (IV)LixCoyMnz (D) wNii- (y + z + d) O 2 : Formula (IV)

donde (D) indica un metal distinto de Co, Mn o Ni y x es mayor de 0 a 1,2; y es de 0,1 a 0,5, z es de 0,05 a 0,4 y w es de 0 a 0,4 y b+c+d es de 0,15 a 0,5. D es preferiblemente B, Al, Si, Fe, V, Cr, Cu, Zn, Ga y W. Preferiblemente "x" es menos de 1,1 y más preferiblemente menos de 1,05. Se entiende que los LIB hechos de dichos materiales de cátodo se ensamblan en el estado descargado (es decir, el litio está presente en el óxido de metal de litio "x ~ 1" y luego se extrae y se inserta en el ánodo al cargar el LIB por primera vez). También se entiende que se puede usar más de un óxido de metal de litio en el que el óxido de metal de litio puede diferir en química, tamaño de partícula primaria o similares. where (D) indicates a metal other than Co, Mn, or Ni and x is greater than 0 to 1.2; y is 0.1 to 0.5, z is 0.05 to 0.4, and w is 0 to 0.4, and b + c + d is 0.15 to 0.5. D is preferably B, Al, Si, Fe, V, Cr, Cu, Zn, Ga and W. Preferably "x" is less than 1.1 and more preferably less than 1.05. It is understood that LIBs made from such cathode materials are assembled in the discharged state (that is, the lithium is present in the lithium metal oxide "x ~ 1" and is then extracted and inserted into the anode when charging the LIB for the first time). It is also understood that more than one lithium metal oxide can be used in which the lithium metal oxide may differ in chemistry, primary particle size, or the like.

Un ejemplo adicional de un óxido de metal de litio que puede usarse en realizaciones de la presente invención es LiCoO2. A further example of a lithium metal oxide that can be used in embodiments of the present invention is LiCoO 2 .

La cantidad porcentual en peso del fosfato de metal de litio en el material del cátodo activo varía generalmente de 5 a 90 por ciento en peso, basado en el porcentaje en peso total del material del cátodo. Preferiblemente, la cantidad de fosfato de metal de litio en el material del cátodo activo es del 5 al 60 por ciento en peso, y más preferiblemente, del 10 al 50 por ciento en peso, basado en el porcentaje en peso total del material del cátodo.The weight percent amount of lithium metal phosphate in the active cathode material generally ranges from 5 to 90 weight percent, based on the total weight percent of the cathode material. Preferably, the amount of lithium metal phosphate in the active cathode material is 5 to 60 percent by weight, and more preferably, 10 to 50 percent by weight, based on the total weight percent of the cathode material. .

La cantidad porcentual en peso del óxido de metal de litio en el material del cátodo activo varía generalmente del 10 al 95 por ciento en peso, basado en el porcentaje en peso total del material del cátodo. Preferiblemente, la cantidad de óxido de metal de litio en el material del cátodo activo es del 30 al 90 por ciento en peso, y más preferiblemente, del 50 al 85 por ciento en peso, basado en el porcentaje en peso total del material del cátodo.The weight percent amount of lithium metal oxide in the active cathode material generally ranges from 10 to 95 weight percent, based on the total weight percent of the cathode material. Preferably, the amount of lithium metal oxide in the active cathode material is 30 to 90 percent by weight, and more preferably, 50 to 85 percent by weight, based on the total weight percent of the cathode material. .

El fosfato de metal de litio, dependiendo de los metales particulares, puede tener ventajosamente un recubrimiento electrónico sobre el mismo. El recubrimiento generalmente está presente en una cantidad del 0,5% en peso al 20% en peso del fosfato de metal de litio y dicho recubrimiento. Es deseable tener el menor recubrimiento posible y, como tal, la cantidad es deseablemente como máximo del 10%, 8%, 5% o incluso 3%. Normalmente, el recubrimiento es carbonoso y puede incluir carbono grafítico, carbono amorfo o combinaciones de los mismos. Un recubrimiento de carbono deseable puede ser el resultante de la carburación de un compuesto orgánico como los conocidos en la técnica, siendo ejemplos fenol, formaldehídos, azúcares (por ejemplo, lactosa, glucosa y fructosa), almidones y celulosas.Lithium metal phosphate, depending on the particular metals, may advantageously have an electronic coating thereon. The coating is generally present in an amount of 0.5% by weight to 20% by weight of the lithium metal phosphate and said coating. It is desirable to have as little coating as possible, and as such the amount is desirably at most 10%, 8%, 5%, or even 3%. Typically the coating is carbonaceous and can include graphitic carbon, amorphous carbon, or combinations thereof. A desirable carbon coating may be that resulting from the carburization of an organic compound such as those known in the art, examples being phenol, formaldehydes, sugars (eg, lactose, glucose, and fructose), starches, and celluloses.

En una realización, puede ser deseable mezclar el óxido de metal de litio y el fosfato de metal de litio en un disolvente para permitir que se forme una mezcla uniforme. El solvente puede ser cualquier solvente adecuado como los conocidos en la técnica y típicamente son solventes orgánicos polares y apolares con bajo contenido de agua (por ejemplo, 500 ppm o menos y preferiblemente menos de 100, 50, 10 o incluso 1 ppm). Los ejemplos de disolventes útiles incluyen disolventes orgánicos como n-metil pirrolidona.In one embodiment, it may be desirable to mix the lithium metal oxide and the lithium metal phosphate in a solvent to allow a uniform mixture to form. The solvent can be any suitable solvent as known in the art and are typically polar and non-polar organic solvents with low water content (eg 500 ppm or less and preferably less than 100, 50, 10 or even 1 ppm). Examples of useful solvents include organic solvents such as n-methyl pyrrolidone.

(NMP) y acetona y disolventes polares como el agua y los descritos por Jin Chong, et al., Journal of Power Sources 196 (2011) págs. 7707 - 7714.(NMP) and acetone and polar solvents such as water and those described by Jin Chong, et al., Journal of Power Sources 196 (2011) pp. 7707-7714.

La cantidad de sólidos (óxido y fosfato de metal de litio) puede ser cualquier cantidad útil. Normalmente, la cantidad es del 10% al 90% en volumen del disolvente y puede ser de al menos 20% o 30% a como máximo 80% o 70%. The amount of solids (lithium metal oxide and phosphate) can be any useful amount. Typically, the amount is 10% to 90% by volume of the solvent and can be from at least 20% or 30% to at most 80% or 70%.

En algunas realizaciones, puede ser deseable que el mezclado se realice en condiciones de técnicas de mezclado de con cizallamiento bajo tales como mezcladoras de paletas simples con o sin deflectores. Generalmente, la velocidad de cizallamiento es como máximo alrededor de 5000 s-1 y generalmente es de aproximadamente 1 s-1 a unos 1000 s-1. Se pueden utilizar otros aditivos conocidos útiles para moldear suspensiones sobre láminas, tales como dispersantes, lubricantes, aglutinantes y captadores de agua adecuados.In some embodiments, it may be desirable for the mixing to be performed under conditions of low shear mixing techniques such as single paddle mixers with or without baffles. Generally, the shear rate is at most around 5000 s-1 and is generally from about 1 s-1 to about 1000 s-1. Other known additives useful for casting suspensions onto sheets can be used, such as suitable dispersants, lubricants, binders and water scavengers.

La mezcla se realiza durante un tiempo para dispersar el óxido de metal de litio y el fosfato de metal de litio lo suficiente para que se logren los resultados deseados. Normalmente, el tiempo puede ser de varios minutos a cualquier momento que sea posible, como días u horas.Mixing is done over time to disperse the lithium metal oxide and lithium metal phosphate sufficiently to achieve the desired results. Typically the time can be from several minutes to any time possible, such as days or hours.

La mezcla puede luego recubrirse sobre una lámina de metal que sea útil para fabricar electrodos en baterías tales como aluminio, aluminio recubierto de carbono, aluminio grabado, níquel, cobre, oro, plata, platino y aleaciones de los antes mencionados o combinaciones de los mismos e incluyen los descritos en Hsien-Chang Wu et al., Journal of Power Sources 197 (2012) págs. 301 - 304.The mixture can then be coated onto a metal foil that is useful for making battery electrodes such as aluminum, carbon-coated aluminum, etched aluminum, nickel, copper, gold, silver, platinum, and alloys of the aforementioned or combinations thereof. and include those described in Hsien-Chang Wu et al., Journal of Power Sources 197 (2012) pp. 301-304.

El recubrimiento de la suspensión se puede realizar mediante cualquier técnica útil como las conocidas en la técnica. Normalmente, el método empleado es una fundición con cuchilla rascadora en un espacio deseado.Coating of the suspension can be accomplished by any useful technique such as those known in the art. Typically the method employed is a scraper blade casting in a desired gap.

A continuación, se elimina el disolvente para formar el cátodo. La eliminación puede ser cualquier método adecuado tal como evaporación con o sin calentamiento bajo aire estático o en flujo u otra atmósfera adecuada tal como aire seco, atmósfera inerte (nitrógeno o gas inerte tal como un gas noble) o vacío. Si se emplea calentamiento, la temperatura es útil para el disolvente particular empleado y puede ser de 30 °C a 500 °C, pero preferiblemente de 50 a 150 °C. El tiempo puede ser cualquier tiempo adecuado, como desde varios minutos hasta días u horas. El calentamiento puede ser cualquier calentamiento útil tal como resistencia, convección, microondas, inducción o cualquier método de calentamiento conocido. The solvent is then removed to form the cathode. Removal can be any suitable method such as evaporation with or without heating under static or flowing air or other suitable atmosphere such as dry air, inert atmosphere (nitrogen or inert gas such as noble gas) or vacuum. If heating is employed, the temperature is useful for the particular solvent employed and may be 30 to 500 ° C, but preferably 50 to 150 ° C. The time can be any suitable time, such as from several minutes to days or hours. The heating can be any useful heating such as resistance, convection, microwave, induction, or any known heating method.

En una realización, después de que se haya eliminado el disolvente, el cátodo se somete además a prensado. Este prensado en muchos casos se refiere al calandrado en la técnica para aumentar adicionalmente la densidad del recubrimiento de óxido de metal de litio/fosfato de metal de litio sobre la hoja de metal. Normalmente, el calandrado se realiza pasando el cátodo a través de una prensa de rodillos con un espacio fijo para obtener un cátodo con un espesor uniforme. El cátodo puede pasar a través de la prensa de rodillos varias veces con espacios cambiantes o el mismo espacio dependiendo del comportamiento del recubrimiento. Al realizar el prensado, es deseable distorsionar solo las partículas secundarias del fosfato de metal de litio y no tener ningún cambio apreciable, como la fractura de las partículas secundarias de fosfato de metal de litio. Generalmente, esto corresponde a una presión que es como máximo alrededor de 500 MPa y es deseable como máximo alrededor de 250, 180, 170 o 160 MPa a una presión baja que puede ser al menos alrededor de 10 MPa. Asimismo, la presión no debe ser tan grande como para provocar la fractura de cualquier recubrimiento conductor electrónico del fosfato de metal de litio y tampoco tan alta que la densidad del recubrimiento sea demasiado alta, por ejemplo, el electrolito empleado en la batería tiene dificultades para humedecer el cátodo suficientemente para lograr los resultados deseados.In one embodiment, after the solvent has been removed, the cathode is further pressed. This pressing in many cases refers to calendering in the art to further increase the density of the lithium metal oxide / lithium metal phosphate coating on the metal foil. Typically, calendering is done by passing the cathode through a roller press with a fixed gap to obtain a cathode with a uniform thickness. The cathode can pass through the roller press multiple times with changing gaps or the same gap depending on the behavior of the coating. When pressing, it is desirable to distort only the lithium metal phosphate secondary particles and not have any appreciable changes, such as fracture of the lithium metal phosphate secondary particles. Generally, this corresponds to a pressure that is at most about 500 MPa and is desirable at most about 250, 180, 170 or 160 MPa at a low pressure that can be at least about 10 MPa. Also, the pressure should not be so great as to cause fracture of any electronically conductive coating of the lithium metal phosphate and not so high that the density of the coating is too high, for example, the electrolyte used in the battery has difficulty to wet the cathode sufficiently to achieve the desired results.

Normalmente, el recubrimiento tiene un % de densidad teórica que es del 40% al 85% de la densidad teórica (60% a 15% poroso). Es deseable que la densidad teórica sea al menos del 45%, 50% o incluso del 55% al 80%, 75% o incluso del 70%.Typically the coating has a% theoretical density that is 40% to 85% of the theoretical density (60% to 15% porous). It is desirable that the theoretical density is at least 45%, 50% or even 55% to 80%, 75% or even 70%.

El cátodo es útil para fabricar LIB mejorados y cuando se fabrican tales LIB, los materiales de ánodo adecuados incluyen, por ejemplo, materiales carbonosos como grafito natural o artificial, brea carbonizada, fibras de carbono, microesferas de mesofase grafitizadas, negro de horno, negro de acetileno y otros varios materiales grafitizados. Los ánodos carbonosos adecuados y los métodos para fabricarlos se describen, por ejemplo, en la patente de EE. UU. n.° 7,169,511. Otros materiales de ánodo adecuados incluyen litio metálico, aleaciones de litio, otros compuestos de litio como titanato de litio y óxidos metálicos como TiO2 , SnO2 y SiO2 , así como materiales como Si, Sn o Sb. El ánodo se puede fabricar utilizando uno o más materiales de ánodo adecuados.The cathode is useful for making improved LIBs and when making such LIBs, suitable anode materials include, for example, carbonaceous materials such as natural or artificial graphite, carbonized pitch, carbon fibers, graphitized mesophase microspheres, furnace black, black acetylene and various other graphitized materials. Suitable carbonaceous anodes and methods for making them are described, for example, in US Patent No. 7,169,511. Other suitable anode materials include metallic lithium, lithium alloys, other lithium compounds such as lithium titanate, and metal oxides such as TiO 2 , SnO 2, and SiO 2 , as well as materials such as Si, Sn, or Sb. The anode can be manufactured using one or more suitable anode materials.

El separador del LIB es generalmente un material no conductor. No debe ser reactivo o soluble en la solución de electrolito o cualquiera de los componentes de la solución de electrolito en condiciones de funcionamiento, pero debe permitir el transporte iónico de litio entre el ánodo y el cátodo. Los separadores poliméricos son generalmente adecuados. Ejemplos de polímeros adecuados para formar el separador incluyen polietileno, polipropileno, polibuteno-1, poli-3-metilpenteno, copolímeros de etileno-propileno, politetrafluoroetileno, poliestireno, polimetilmetacrilato, polidimetilsiloxano, polietersulfonas y similares.The LIB spacer is generally a non-conductive material. It must not be reactive or soluble in the electrolyte solution or any of the components of the electrolyte solution under operating conditions, but it must allow lithium ion transport between the anode and the cathode. Polymeric spacers are generally suitable. Examples of suitable polymers to form the spacer include polyethylene, polypropylene, polybutene-1, poly-3-methylpentene, ethylene-propylene copolymers, polytetrafluoroethylene, polystyrene, polymethylmethacrylate, polydimethylsiloxane, polyethersulfones, and the like.

Generalmente, la solución de electrolito de la batería tiene una concentración de sal de litio de al menos 0,1 moles/litro (0,1 M), preferiblemente al menos 0,5 moles/ litro (0,5 M), más preferiblemente al menos 0,75 moles/litro (0,75 M), preferiblemente hasta a 3 moles/litro (3,0 M), y más preferiblemente hasta 1,5 moles/litro (1,5 M). La sal de litio puede ser cualquiera que sea adecuada para el uso de baterías, incluidas las sales de litio como LiAsF6, LiPF6, LiPF4(C2O4), LiPF2(C2CO4)2, LiBF4, LiB(C2O4)2, LiBF2(C2O4), LiClO4, LiBrO4, LiIO4, LiB (C6Ha)4, UCH3SO3 , LiN(SO2C2 Fa)2 y LiCF3SO3. El disolvente en la solución de electrolito de la batería puede ser o incluir, por ejemplo, un carbonato de alquileno cíclico como el carbonato de etileno; un carbonato de dialquilo tal como carbonato de dietilo, carbonato de dimetilo o carbonato de metiletilo, varios alquiléteres; varios ésteres cíclicos; varios mononitrilos; dinitrilos como glutaronitrilo; sulfonas simétricas o asimétricas, así como sus derivados; varios sulfolanos, varios ésteres orgánicos y ésteres de éter que tienen hasta 12 átomos de carbono y similares.Generally, the battery electrolyte solution has a lithium salt concentration of at least 0.1 mole / liter (0.1 M), preferably at least 0.5 mole / liter (0.5 M), more preferably at least 0.75 moles / liter (0.75 M), preferably up to 3 moles / liter (3.0 M), and more preferably up to 1.5 moles / liter (1.5 M). The lithium salt can be any that is suitable for battery use, including lithium salts such as LiAsF6, LiPF6, LiPF4 (C2O4), LiPF2 (C2CO4) 2, LiBF4, LiB (C2O4) 2, LiBF2 (C2O4), LiClO4, LiBrO4, LiIO4, LiB (C6Ha) 4, UCH 3 SO 3 , LiN (SO 2 C 2 Fa) 2 and LiCF3SO3. The solvent in the battery electrolyte solution can be or include, for example, a cyclic alkylene carbonate such as ethylene carbonate; a dialkyl carbonate such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate or methylethyl carbonate, various alkyl ethers; various cyclic esters; various mononitriles; dinitriles such as glutanitrile; symmetric or asymmetric sulfones, as well as their derivatives; various sulfolanes, various organic esters and ether esters having up to 12 carbon atoms and the like.

EjemplosExamples

En los siguientes Ejemplos, se fabricaron cátodos y celdas y se sometieron a pruebas térmicas para evaluar la estabilidad térmica de la composición de cátodo de la invención y las celdas obtenidas a partir de la misma.In the following Examples, cathodes and cells were manufactured and subjected to thermal tests to evaluate the thermal stability of the cathode composition of the invention and the cells obtained therefrom.

Los materiales utilizados en las celdas se identifican a continuación. Todos los porcentajes son porcentajes en peso a menos que se indique lo contrario. Todas las propiedades físicas y los valores de composición son aproximados a menos que se indique lo contrario.The materials used in the cells are identified below. All percentages are percentages by weight unless otherwise indicated. All physical properties and composition values are approximate unless otherwise indicated.

"LMO-1": óxido de metal de litio disponible de Daejeon Energy Materials Co., y que tiene la fórmula química LiNi0,5Mn0,3Co0,2O2y con una distribución de partículas D50 de 10,41 pm."LMO-1": lithium metal oxide available from Daejeon Energy Materials Co., and having the chemical formula LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2y with a D50 particle distribution of 10.41 pm.

"LMO-2": óxido de metal de litio disponible en Xiamen Wuye Co., y que tiene la fórmula química LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2. "LMO-2": lithium metal oxide available from Xiamen Wuye Co., and having the chemical formula LiNi1 / 3Mn1 / 3Co1 / 3O2.

"LMFP-1": fosfato de metal de litio disponible de Dow Chemical y que tiene la fórmula LiMnFePO4 y con un D10, D50 y D90 de 0,984 pm, 3,056 pm y 7,074 pm, respectivamente. La fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros es 49,8%."LMFP-1": lithium metal phosphate available from Dow Chemical and having the formula LiMnFePO4 and with a D10, D50 and D90 of 0.984 pm, 3.056 pm and 7.074 pm, respectively. The volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns is 49.8%.

"LMFP-2": fosfato de metal de litio disponible de Dow Chemical y que tiene la fórmula LiMnFePO4y que tienen un D10, D50 y D90 de 5,536 pm, 9,9947 pm y 17,28 pm, respectivamente. La fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño inferior a 3 micrómetros es 0%."LMFP-2": lithium metal phosphate available from Dow Chemical and having the formula LiMnFePO4y having a D10, D50 and D90 of 5.536 pm, 9.9947 pm and 17.28 pm, respectively. The volume fraction of secondary particles having a size less than 3 microns is 0%.

"CA": aditivo de carbono conductor disponible comercialmente con el nombre comercial SUPER P™ Li de TIMCAL. "CA": conductive carbon additive commercially available under the trade name SUPER P ™ Li from TIMCAL.

"PVDF": fluoruro de polivinilideno como aglutinante y disponible de Solvay Specialty Polymers con el nombre comercial SOLEF® 5130 PVDF."PVDF": polyvinylidene fluoride as a binder and available from Solvay Specialty Polymers under the trade name SOLEF® 5130 PVDF.

"NMP": N-metilpirrolidona (98,5% anhidro) disponible de J&K Chemical."NMP": N-methylpyrrolidone (98.5% anhydrous) available from J&K Chemical.

"Electrolito-1": solución de electrolito de una solución de LiPF6 1 molar en una mezcla 1:3 en peso de carbonato de etileno y dimetilcarbonato, disponible de China Energy Lithium Co., Ltd."Electrolyte-1": electrolyte solution of a 1 molar LiPF6 solution in a 1: 3 by weight mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate, available from China Energy Lithium Co., Ltd.

"Electrolito-2": solución de electrolito disponible comercialmente con el nombre de producto TK032, y disponible de BASF. "Electrolyte-2": electrolyte solution commercially available under the product name TK032, and available from BASF.

En todos los ejemplos siguientes, los tamaños de partículas se midieron usando un analizador de tamaño de partículas por difracción láser Beckman Coulter LS 13.In all of the following examples, particle sizes were measured using a Beckman Coulter LS 13 laser diffraction particle size analyzer.

Ejemplo inventivo 1:Inventive example 1:

LMO-1 se mezcló con LMFP-1 como sigue para preparar el material de cátodo activo. LMO-1 y LMFP-1 se mezclaron manualmente en una taza en una proporción de 80:20 para hacer el material de cátodo activo. El material de cátodo activo resultante se mezcló con aglutinante (PVDF), carbono conductor (CA) y disolvente (NMP) para preparar una suspensión del material de cátodo activo.LMO-1 was mixed with LMFP-1 as follows to prepare the active cathode material. LMO-1 and LMFP-1 were mixed manually in a cup in a ratio of 80:20 to make the active cathode material. The resulting active cathode material was mixed with binder (PVDF), conductive carbon (CA) and solvent (NMP) to prepare a suspension of the active cathode material.

La suspensión se recubrió usando una rasqueta sobre una hoja de aluminio (20 gm de espesor) disponible de Shezhen Fulaishun Electronic Material Co. Después del recubrimiento, la NMP se eliminó mediante secado a 80 °C durante 30 minutos y luego se secó al vacío adicional a 130 °C durante 10 horas. Se prepararon obleas de cátodo cortando muestras de 12 mm de diámetro del cátodo seco. Las obleas de cátodo se incorporaron en pilas de botón CR2016. El ánodo en cada caso es litio (en el caso de una media celda) y un grafito disponible comercialmente, (polvo FT-1 obtenido de Jiangi Zicheng, Co.), (en el caso de una celda completa). Se utiliza un separador comercialmente disponible con un electrolito (Electrolito-1) de una solución de LiPF61 molar en una mezcla 1:3 en peso de carbonato de etileno y dimetilcarbonato.The suspension was coated using a doctor blade on aluminum foil (20 gm thick) available from Shezhen Fulaishun Electronic Material Co. After coating, the NMP was removed by drying at 80 ° C for 30 minutes and then further vacuum dried at 130 ° C for 10 hours. Cathode wafers were prepared by cutting 12 mm diameter samples from the dry cathode. The cathode wafers were built into CR2016 button cell batteries. The anode in each case is lithium (in the case of a half cell) and a commercially available graphite, (FT-1 powder obtained from Jiangi Zicheng, Co.), (in the case of a full cell). A commercially available separator is used with an electrolyte (Electrolyte-1) of a solution of molar LiPF61 in a 1: 3 by weight mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate.

La mitad de la celda tipo moneda se cargó usando una corriente constante (tasa C de 1/10) a 4,3 V, y luego se mantuvo a un voltaje constante de 4,3 V a una corriente de C/100. A continuación, la celda se descargó a de 0,1 C a 2,8 V. El ciclo de carga/descarga se repitió dos veces y finalmente la celda se cargó a una corriente constante de 0,1 C a 4,3 V y se mantuvo a un voltaje constante de 4,3 V a una corriente de C/100.Half of the coin cell was charged using a constant current (1/10 C rate) at 4.3 V, and then held at a constant 4.3 V voltage at C / 100 current. The cell was then discharged at 0.1 C to 2.8 V. The charge / discharge cycle was repeated twice and finally the cell was charged at a constant current of 0.1 C to 4.3 V and it was maintained at a constant voltage of 4.3 V at a current of C / 100.

Se evaluó el comportamiento térmico (DSC) de los cátodos cargados (4,3 V). La celda completamente cargada se desmontó en una caja de guantes. La oblea del cátodo se sacó y se lavó tres veces con carbonato de di-metilo (DMC) y se secó en la caja de guantes durante 24 horas. Se retiraron 1,5 mg de polvo de cátodo de la oblea seca y se colocaron en una celda de DSC de alta presión de acero inoxidable y se cargó con 1,5 mg de Electrolito-1. A continuación, la celda se selló herméticamente para la prueba de DSC.The thermal behavior (DSC) of the charged cathodes (4.3 V) was evaluated. The fully loaded cell was disassembled in a glove box. The cathode wafer was removed and washed three times with di-methyl carbonate (DMC) and dried in the glove box for 24 hours. 1.5 mg of cathode powder was removed from the dry wafer and placed in a stainless steel high pressure DSC cell and loaded with 1.5 mg of Electrolyte-1. The cell was then hermetically sealed for DSC testing.

La DSC se realizó desde temperatura ambiente hasta 350 °C a una velocidad de rampa de 5 °C/min. La temperatura máxima de liberación de calor y la liberación de calor total se resumen en la Tabla 1 a continuación.DSC was performed from room temperature to 350 ° C at a ramp rate of 5 ° C / min. The maximum heat release temperature and total heat release are summarized in Table 1 below.

Se prepararon celdas de bolsa que comprenden el material de cátodo activo del Ejemplo 1 de la invención.Bag cells were prepared comprising the active cathode material of Example 1 of the invention.

Se preparó material de cátodo que comprendía 93% en peso de materiales activos, 4% en peso de aglutinante (PVDF) y 3% en peso de CA como aditivos conductores recubriendo una suspensión del material de cátodo en NMP sobre lámina de Al (20 gm de espesor). El disolvente se eliminó secando sucesivamente a 80 °C durante 2,5 minutos, 95 °C durante 2,5 minutos y 90 °C durante 2,5 minutos. El cátodo seco se secó luego al vacío adicionalmente a 120 °C durante 12 horas. A continuación, el cátodo se prensó con una prensa de rodillos a una presión aplicada de entre 125 y 130 toneladas hasta una densidad de aproximadamente 3 g/cm3. El cátodo prensado se secó al vacío de nuevo a 120 °C durante 12 horas. A continuación, se cortó el cátodo y se montó en celdas de bolsa de 10Ahr, 20Ahr, 30Ahr y 40Ahr. El ánodo era un grafito disponible comercialmente (polvo FT-1 obtenido de Jiangi Zicheng, Co.). Se utiliza un separador comercialmente disponible con un electrolito (Electrolito-2), TK032 disponible de BASF.Cathode material comprising 93% by weight of active materials, 4% by weight of binder (PVDF) and 3% by weight of CA as conductive additives was prepared by coating a suspension of the cathode material in NMP on Al foil (20 gm of thickness). The solvent was removed by drying successively at 80 ° C for 2.5 minutes, 95 ° C for 2.5 minutes and 90 ° C for 2.5 minutes. The dried cathode was then vacuum dried further at 120 ° C for 12 hours. The cathode was then pressed with a roller press at an applied pressure of between 125 and 130 tons to a density of approximately 3 g / cm3. The pressed cathode was vacuum dried again at 120 ° C for 12 hours. The cathode was then cut and mounted in 10Ahr, 20Ahr, 30Ahr, and 40Ahr bag cells. The anode was a commercially available graphite (FT-1 powder obtained from Jiangi Zicheng, Co.). A commercially available separator with an electrolyte (Electrolyte-2), TK032 available from BASF, is used.

Las propiedades electroquímicas de la celda de bolsa fabricada se llevaron a cabo en la estación de prueba Arbin, con el procedimiento que se expone a continuación. La capacidad de descarga específica a 0,3 C se resume en la Tabla 2 a continuación.The electrochemical properties of the manufactured bag cell were carried out in the Arbin test station, with the procedure set out below. The specific discharge capacity at 0.3 C is summarized in Table 2 below.

1) Descanso 24 horas a 38 °C1) Rest 24 hours at 38 ° C

2) 1.a carga: 0,02 C 8 h, 0,1 C 1 h, 0,5 C a 4,2 V, corte C/20.2) 1st load: 0.02 C 8 h, 0.1 C 1 h, 0.5 C at 4.2 V, cutoff C / 20.

3) 1.a descarga: 0,5 C a 3,0 V3) 1st discharge: 0.5 C to 3.0 V

4) 2.a carga: 0,5 C a 4,2 V, corte C/20, envejecimiento a 80 °C durante 6 h.4) 2nd charge: 0.5 C to 4.2 V, cutoff C / 20, aging at 80 ° C for 6 h.

5) 2.a descarga: 0,5 C a 3,0 V 5) 2nd discharge: 0.5 C to 3.0 V

6) 3.a carga: 0,3 C a 4,2 V, corte C/206) 3rd charge: 0.3 C to 4.2 V, cutoff C / 20

7) 3.a descarga: 0,3 C a 3,0 V7) 3rd discharge: 0.3 C to 3.0 V

8) 4.a carga: 0,3 C a 4,2V, corte C/208) 4th load: 0.3 C to 4.2V, cutoff C / 20

9) 4.a descarga: 0,3 C a 3,0V9) 4th discharge: 0.3 C to 3.0V

10) 5.a carga: 0,5 C 1 hora, fin.10) 5th charge: 0.5 C 1 hour, end.

La celda de bolsa después de la prueba de EC se descargó a 1 C a 3,0 V, seguido de una carga a una corriente constante de 1 C a un voltaje de 4,2 V y un voltaje constante a una corriente de C/20. A continuación, las bolsas cargadas se sometieron a una prueba de clavos para evaluar la estabilidad térmica del material de cátodo de la invención.The bag cell after the EC test was discharged at 1 C at 3.0 V, followed by a charge at a constant current of 1 C at a voltage of 4.2 V and a constant voltage at a current of C / twenty. The loaded bags were then subjected to a nail test to evaluate the thermal stability of the cathode material of the invention.

La penetración del clavo se realizó a temperatura ambiente, con un clavo de 3 mm de diámetro y a una velocidad de penetración de 80 mm/s. Los resultados se resumen en la Tabla 3 a continuación.Nail penetration was performed at room temperature, with a 3 mm diameter nail and a penetration rate of 80 mm / s. The results are summarized in Table 3 below.

Todas las celdas de bolsa probadas de 20Ahr y 30Ahr pasaron sin humo ni fuego. La existencia de partículas de tamaño pequeño LMFP incrementó sorprendentemente la estabilidad térmica y la seguridad de una batería de iones de litio. Ejemplo inventivo 2 All tested 20Ahr and 30Ahr bag cells passed without smoke or fire. The existence of small-sized LMFP particles surprisingly increased the thermal stability and safety of a lithium-ion battery. Inventive example 2

En este Ejemplo, se prepararon medias celdas como en el Ejemplo 1, con la excepción de que el fosfato de metal de litio comprendía una mezcla de LMFP-1 y LMFP-2 en una proporción de 1:1. El material de cátodo resultante tenía una relación de peso total para LMO:LMFP-1:LMFP-2 de 80:10:10. La mezcla de LMFP-1 y LMFP-2 tenía una distribución de partículas de D10, D50 y D90 de 1,658 gm, 5,882 gm y 14,13 gm, respectivamente. La fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de partícula de menos de 3 gm fue del 24,9%.In this Example, half cells were prepared as in Example 1, except that the lithium metal phosphate comprised a mixture of LMFP-1 and LMFP-2 in a ratio of 1: 1. The resulting cathode material had a total weight ratio for LMO: LMFP-1: LMFP-2 of 80:10:10. The mixture of LMFP-1 and LMFP-2 had a particle distribution of D10, D50, and D90 of 1.658 gm, 5.882 gm, and 14.13 gm, respectively. The volume fraction of secondary particles having a particle size of less than 3 gm was 24.9%.

Las propiedades térmicas del cátodo se evaluaron usando los mismos procedimientos que se exponen en el Ejemplo 1.The thermal properties of the cathode were evaluated using the same procedures as set forth in Example 1.

Ejemplo inventivo 3Inventive example 3

En este Ejemplo, se preparó un cátodo como en el Ejemplo 1 con la excepción de que se usó LMO-2 en lugar de LMO-1. La distribución del tamaño de partícula de LMO-2 se midió como se describió anteriormente. LMO-2 tenía un D50 de 10,14um. El material activo se preparó mezclando LMO-2 con LMFP-1 manualmente en una taza con una relación en peso de 80:20.In this Example, a cathode was prepared as in Example 1 with the exception that LMO-2 was used instead of LMO-1. The particle size distribution of LMO-2 was measured as described above. LMO-2 had a D50 of 10.14um. The active material was prepared by mixing LMO-2 with LMFP-1 by hand in a cup with a weight ratio of 80:20.

Se prepararon celdas en bolsa que comprenden el cátodo del Ejemplo 3 con los mismos procedimientos experimentales descritos anteriormente para el Ejemplo inventivo 1. Se fabricaron celdas en bolsa de 10Ahr, 20Ahr, 30Ahr y 40Ahr. La evaluación de las propiedades electroquímicas y las pruebas de penetración de clavos se realizaron en consecuencia siguiendo el mismo procedimiento y condición que en el ejemplo inventivo 1. Los resultados se resumen en la Tabla 3 a continuación.Bag cells comprising the cathode of Example 3 were prepared with the same experimental procedures described above for Inventive Example 1. 10Ahr, 20Ahr, 30Ahr and 40Ahr bag cells were made. The evaluation of the electrochemical properties and the nail penetration tests were accordingly carried out following the same procedure and condition as in inventive example 1. The results are summarized in Table 3 below.

Todas las celdas de bolsa probadas de 20Ahr y 30Ahr pasaron sin humo ni fuego. Se prepararon dos celdas de 40 Ahr en las que una pasó la prueba y la otra generó humo. Aunque una de las celdas de 40 Ahr generó humo, en general las pruebas muestran que el fosfato de metal de litio con tamaños de partículas de menos de 3 gm puede aumentar sorprendentemente la estabilidad térmica y la seguridad de la batería de iones de litio. Los resultados de las pruebas se resumen en la Tabla 4.All tested 20Ahr and 30Ahr bag cells passed without smoke or fire. Two 40 Ahr cells were prepared in which one passed the test and the other generated smoke. Although one of the 40 Ahr cells generated smoke, overall tests show that lithium metal phosphate with particle sizes of less than 3 gm can surprisingly increase the thermal stability and safety of the lithium ion battery. The test results are summarized in Table 4.

Ejemplo comparativo 1Comparative Example 1

En este ejemplo, se preparó un cátodo utilizando LMO-2 y LMFP-2. Como en el ejemplo inventivo 1, los materiales se mezclaron en una proporción de 80:20. El licuado se realizó manualmente en una taza.In this example, a cathode was prepared using LMO-2 and LMFP-2. As in inventive example 1, the materials were mixed in a ratio of 80:20. The blending was done manually in a cup.

La distribución del tamaño de partícula de LMFP-2 se midió como en el Ejemplo inventivo 1. LMFP-2 tenía una distribución de tamaño de partícula D10, D50 y D90 de 5,536 gm, 9,947 gm y 17,28 gm, respectivamente. La fracción de volumen de partículas por debajo de 3 gm en LMFP-2 es 0%.The particle size distribution of LMFP-2 was measured as in Inventive Example 1. LMFP-2 had a D10, D50 and D90 particle size distribution of 5.536 gm, 9.947 gm and 17.28 gm, respectively. The volume fraction of particles below 3 gm in LMFP-2 is 0%.

Las propiedades térmicas se evaluaron con el mismo procedimiento experimental descrito en el Ejemplo 1 de la invención y se resumen en la Tabla 1 a continuación.Thermal properties were evaluated with the same experimental procedure described in Example 1 of the invention and are summarized in Table 1 below.

Se prepararon celdas en bolsa que comprenden el cátodo del Ejemplo comparativo 1 con los mismos procedimientos experimentales descritos anteriormente para el Ejemplo inventivo 1. Se fabricaron celdas en bolsa de 10Ahr, 20Ahr y 30Ahr. La evaluación de las propiedades electroquímicas y las pruebas de penetración de los clavos se realizaron en consecuencia siguiendo el mismo procedimiento y condición que en el ejemplo inventivo 1. Los resultados se resumen en las Tablas 2 y 3 siguientes.Bag cells comprising the cathode of Comparative Example 1 were prepared with the same experimental procedures described above for Inventive Example 1. 10Ahr, 20Ahr and 30Ahr bag cells were made. The evaluation of the electrochemical properties and the nail penetration tests were consequently carried out following the same procedure and condition as in the inventive example 1. The results are summarized in Tables 2 and 3 below.

Como se puede ver en la Tabla 3, para las dos celdas de bolsa de 20 Ahr preparadas, una generó humo y la otra generó fuego. Se probó una celda de bolsa de 30Ahr, que generó fuego. A partir de estos resultados, en comparación con los resultados del Ejemplo inventivo 1, se puede ver que los materiales de cátodo que tienen una distribución de partículas más pequeña para el componente de fosfato de metal de litio (por ejemplo, una fracción en volumen del 5-100% con un tamaño de partícula de menos de 3 pm) puede proporcionar mejoras en la estabilidad térmica y la seguridad en un LIB.As can be seen in Table 3, for the two 20 Ahr bag cells prepared, one generated smoke and the other generated fire. A 30Ahr bag cell was tested, which generated fire. From these results, compared to the results of Inventive Example 1, it can be seen that cathode materials having a distribution of Smaller particles for the lithium metal phosphate component (eg, a 5-100% volume fraction with a particle size of less than 3 pm) can provide improvements in thermal stability and safety in a LIB.

Ejemplo comparativo 2Comparative Example 2

En este ejemplo, se fabricó un material de electrodo activo mezclando LMO-2 y LMFP-2 manualmente en una taza en una proporción en peso de 80:20. Todos los demás componentes, porcentajes y procedimientos siguen siendo los mismos que en el Ejemplo inventivo 1.In this example, an active electrode material was made by mixing LMO-2 and LMFP-2 by hand in a cup in an 80:20 weight ratio. All other components, percentages and procedures remain the same as in Inventive Example 1.

Se prepararon celdas en bolsa que comprenden el cátodo del Ejemplo comparativo 2 con los mismos procedimientos experimentales descritos anteriormente para el Ejemplo inventivo 1. Se fabricaron celdas en bolsa de 10Ahr, 20Ahr y 30Ahr. La evaluación de las propiedades electroquímicas y las pruebas de penetración de los clavos se realizaron en consecuencia siguiendo el mismo procedimiento y condición que en el ejemplo inventivo 1. Los resultados se resumen en las Tablas 2 y 3 siguientes.Bag cells comprising the cathode of Comparative Example 2 were prepared with the same experimental procedures described above for Inventive Example 1. 10Ahr, 20Ahr and 30Ahr bag cells were made. The evaluation of the electrochemical properties and the nail penetration tests were consequently carried out following the same procedure and condition as in the inventive example 1. The results are summarized in Tables 2 and 3 below.

Para dos celdas de bolsa de 20Ahr preparadas, una generó humo y la otra generó fuego. Se probó una celda de bolsa de 30Ahr, que generó fuego. Como se discutió anteriormente, la falta de partículas que tuvieran un tamaño por debajo de 3 pm dio como resultado un LIB que tenía poca estabilidad térmica y seguridad.For two 20Ahr bag cells prepared, one generated smoke and the other generated fire. A 30Ahr bag cell was tested, which generated fire. As discussed above, the lack of particles having a size below 3 pm resulted in a LIB that had poor thermal stability and safety.

Tabla 1: Distribución de tamaño de partículas y datos térmicos (DSC)Table 1: Particle size distribution and thermal data (DSC)

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Tabla 2: Capacidad de descarga y densidad de la prensa del material del cátodoTable 2: Discharge capacity and press density of the cathode material

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Tabla 3: Rendimiento de penetración de clavosTable 3: Nail penetration performance

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Claims (11)

REIVINDICACIONES 1. Un método para formar un cátodo que comprende:1. A method of forming a cathode comprising: (a) mezclar un óxido de metal de litio y un fosfato de metal de litio en un disolvente, en el que el fosfato de metal de litio tiene una fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros que es de 5 a 100%, basado en el contenido total del fosfato de metal de litio;(a) mixing a lithium metal oxide and a lithium metal phosphate in a solvent, wherein the lithium metal phosphate has a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns that it is 5 to 100%, based on the total content of the lithium metal phosphate; y donde el fosfato de metal de litio tiene la fórmula:and where lithium metal phosphate has the formula: Li1+aMnbFecM1-b-cPO4, Fórmula (I)Li1 + aMnbFecM1-b-cPO4, Formula (I) donde:where: a es un número de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0 a 0,12;a is a number from 0.0 to 0.2, and preferably from 0.0 to 0.15, and more preferably from 0 to 0.12; b es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8;b is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8; c es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8; yc is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8; and (1-b-c) es de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0,0 a 0,12,(1-b-c) is 0.0 to 0.2, and preferably 0.0 to 0.15, and more preferably 0.0 to 0.12, donde M es un ion metálico seleccionado de uno o más de magnesio, calcio, estroncio, cobalto, titanio, circonio, molibdeno, vanadio, niobio, níquel, escandio, cromo, cobre, zinc, berilio, lantano y aluminio, y el óxido de metal de litio tiene la siguiente fórmula:where M is a metal ion selected from one or more of magnesium, calcium, strontium, cobalt, titanium, zirconium, molybdenum, vanadium, niobium, nickel, scandium, chromium, copper, zinc, beryllium, lanthanum and aluminum, and the oxide of lithium metal has the following formula: LiXNiyMnzCo(2-x-y-z)DwO2 , Fórmula (III),LiXNiyMnzCo ( 2 -xyz) DwO 2 , Formula (III), oor LiXNiyMnzCo(2-x-y-z) O2 LiXNiyMnzCo ( 2 -xyz) O 2 donde:where: x es un número de 0,9 a 1,15, y preferiblemente de 0,95 a 0,110, y más preferiblemente de 0,98 a 1,08;x is a number from 0.9 to 1.15, and preferably from 0.95 to 0.110, and more preferably from 0.98 to 1.08; y es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,2 a 0,95, y más preferiblemente de 0,3 a 0,95;y is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.2 to 0.95, and more preferably from 0.3 to 0.95; z es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,05 a 0,7;z is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.05 to 0.8, and more preferably from 0.05 to 0.7; (2-x-y-z) es de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,5 a 0,7, y(2-x-y-z) is 0.05 to 0.95, and preferably 0.05 to 0.8, and more preferably 0.5 to 0.7, and w es de 0 a 0,4, y preferiblemente de 0 a 0,3, y donde D, cuando está presente, se selecciona del grupo que consiste en B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga y W, y se selecciona preferiblemente del grupo que consiste en Al, Ti, Mg y Nb (b) recubrir la mezcla del paso (a) sobre una hoja de metal; yw is 0 to 0.4, and preferably 0 to 0.3, and where D, when present, is selected from the group consisting of B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga and W, and is preferably selected from the group consisting of Al, Ti, Mg and Nb (b) coating the mixture of step (a) on a metal foil; and (c) eliminar el disolvente para formar el cátodo(c) remove the solvent to form the cathode en el que un D50 del fosfato de metal de litio es igual o inferior a 3,5 micrómetros.wherein a D50 of the lithium metal phosphate is equal to or less than 3.5 microns. 2. El método de la reivindicación 1, en el que la fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros es al menos 50%, basado en el contenido total de fosfato de metal de litio.The method of claim 1, wherein the volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns is at least 50%, based on the total content of lithium metal phosphate. 3. El método de la reivindicación 1, en el que un D50 del fosfato de metal de litio es igual o menor que 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1,3,2, 3,3 o 3,4 micrómetros.The method of claim 1, wherein a D50 of the lithium metal phosphate is equal to or less than 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3 , 1.3.2, 3.3 or 3.4 microns. 4. El método de la reivindicación 1, en el que el fosfato de metal de litio comprende una mezcla de dos fosfatos de metal de litio diferentes con un primero de dichos fosfatos de metal de litio que tiene una fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros que es al menos 20%, y el segundo de dichos fosfatos de metal de litio tiene una fracción en volumen de partículas que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros que es 0%, y en el que la mezcla de fosfatos de metal de litio tiene una fracción de volumen colectivo de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros que es al menos el 20%, basado en el contenido total de fosfato de metal de litio.The method of claim 1, wherein the lithium metal phosphate comprises a mixture of two different lithium metal phosphates with a first of said lithium metal phosphates having a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns that is at least 20%, and the second of said lithium metal phosphates has a volume fraction of particles having a size of 0.1 to 3 microns that is 0%, and wherein the lithium metal phosphate mixture has a collective volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns that is at least 20%, based on the total lithium metal phosphate content . 5. Un material de cátodo que comprende un óxido de metal de litio y fosfato de metal de litio en un disolvente, en el que el fosfato de metal de litio tiene una fracción de volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros que es de 5 a 100%, basado en el contenido total del fosfato de metal de litio, 5. A cathode material comprising a lithium metal oxide and lithium metal phosphate in a solvent, wherein the lithium metal phosphate has a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns which is 5 to 100%, based on the total content of lithium metal phosphate, en el que un D50 del fosfato de metal de litio es igual o inferior a 3,5 micrómetros y en el que el fosfato de metal de litio tiene la fórmula:in which a D50 of the lithium metal phosphate is equal to or less than 3.5 microns and in which the lithium metal phosphate has the formula: Li1+aMnbFecM1-b-cPO4, Fórmula (I)Li1 + aMnbFecM1-b-cPO4, Formula (I) donde:where: a es un número de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0 a 0,12;a is a number from 0.0 to 0.2, and preferably from 0.0 to 0.15, and more preferably from 0 to 0.12; b es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8;b is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8; c es un número de 0,05 a 0,95 y preferiblemente de 0,1 a 0,9 y más preferiblemente de 0,2 a 0,8; yc is a number from 0.05 to 0.95 and preferably from 0.1 to 0.9 and more preferably from 0.2 to 0.8; and (1-b-c) es de 0,0 a 0,2, y preferiblemente de 0,0 a 0,15, y más preferiblemente de 0,0 a 0,12,(1-b-c) is 0.0 to 0.2, and preferably 0.0 to 0.15, and more preferably 0.0 to 0.12, donde M es un ion metálico seleccionado de uno o más de magnesio, calcio, estroncio, cobalto, titanio, circonio, molibdeno, vanadio, niobio, níquel, escandio, cromo, cobre, zinc, berilio, lantano y aluminio, y el óxido de metal de litio tiene la siguiente fórmula:where M is a metal ion selected from one or more of magnesium, calcium, strontium, cobalt, titanium, zirconium, molybdenum, vanadium, niobium, nickel, scandium, chromium, copper, zinc, beryllium, lanthanum and aluminum, and the oxide of lithium metal has the following formula: LiXNiyMnzCo(2-x-y-z)DwO2 , Fórmula (III),LiXNiyMnzCo ( 2 -xyz) DwO 2 , Formula (III), oor LiXNiyMnzCo(2-x-y-z)O2LiXNiyMnzCo (2-x-y-z) O2 donde:where: x es un número de 0,9 a 1,15, y preferiblemente de 0,95 a 0,110, y más preferiblemente de 0,98 a 1,08;x is a number from 0.9 to 1.15, and preferably from 0.95 to 0.110, and more preferably from 0.98 to 1.08; y es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,2 a 0,95, y más preferiblemente de 0,3 a 0,95;y is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.2 to 0.95, and more preferably from 0.3 to 0.95; z es un número de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,05 a 0,7;z is a number from 0.05 to 0.95, and preferably from 0.05 to 0.8, and more preferably from 0.05 to 0.7; (2-x-y-z) es de 0,05 a 0,95, y preferiblemente de 0,05 a 0,8, y más preferiblemente de 0,5 a 0,7, y(2-x-y-z) is 0.05 to 0.95, and preferably 0.05 to 0.8, and more preferably 0.5 to 0.7, and w es de 0 a 0,4, y preferiblemente de 0 a 0,3, y donde D, cuando está presente, se selecciona del grupo que consiste en B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga y W, y se selecciona preferiblemente del grupo que consiste en Al, Ti, Mg y Nbw is 0 to 0.4, and preferably 0 to 0.3, and where D, when present, is selected from the group consisting of B, Al, Ti, Mg, Nb, Si, Fe, V, Cr Cu, Zn, Ga, and W, and is preferably selected from the group consisting of Al, Ti, Mg, and Nb 6. El material de cátodo de la reivindicación 5, en el que el fosfato de metal de litio comprende una fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros que es al menos 20%, basado en el contenido total del fosfato de metal de litio.6. The cathode material of claim 5, wherein the lithium metal phosphate comprises a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns that is at least 20%, based on the content total lithium metal phosphate. 7. El material de cátodo de la reivindicación 5, en el que el fosfato de metal de litio comprende una fracción en volumen de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros que es al menos 50%, basado en el contenido total del fosfato de metal de litio.The cathode material of claim 5, wherein the lithium metal phosphate comprises a volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns that is at least 50%, based on the content total lithium metal phosphate. 8. El material de cátodo de la reivindicación 5, en el que un D50 del fosfato de metal de litio es igual o menor que 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, 3,0, 3,1,3,2, 3,3 o 3,4 micrómetros.8. The cathode material of claim 5, wherein a D50 of the lithium metal phosphate is equal to or less than 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0 , 3.1, 3.2, 3.3, or 3.4 microns. 9. El material de cátodo de la reivindicación 5, en el que un D50 del fosfato de metal de litio es igual o menor que 3,1 micrómetros.9. The cathode material of claim 5, wherein a D50 of the lithium metal phosphate is equal to or less than 3.1 microns. 10. El material de cátodo de la reivindicación 5, en el que el fosfato de metal de litio comprende una mezcla de dos fosfatos de metal de litio diferentes, en el queThe cathode material of claim 5, wherein the lithium metal phosphate comprises a mixture of two different lithium metal phosphates, wherein un primer fosfato de metal de litio comprende una fracción en volumen del 20% de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros, ya first lithium metal phosphate comprises a 20% volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns, and un segundo fosfato de metal de litio comprende una fracción en volumen del 0% de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros, y en el que dicha mezcla de fosfatos de metal de litio tiene al menos una fracción en volumen del 20% de partículas secundarias que tienen un tamaño de 0,1 a 3 micrómetros.A second lithium metal phosphate comprises a 0% volume fraction of secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns, and wherein said lithium metal phosphate mixture has at least a volume fraction of the 20% secondary particles having a size of 0.1 to 3 microns. 11. Una batería de iones de litio que comprende el cátodo de cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10. 11. A lithium ion battery comprising the cathode of any one of claims 5 to 10.
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